Maintenance des capteurs pour économiser un maximum d’énergie dans le CVC

Les régimes de contrôle complexes comme la ventilation contrölée à la demande (VCD) et le refroidissement naturel gagnent en popularité à mesure que la pression pour réduire la consommation d’énergie dans les systèmes CVC s’intensifie. Cependant, aucune intelligence du système d’automatisation du bâtiment ne vous aidera si le capteur chargé de mesurer les conditions réelles affiche une dérive. Il ne suffit pas non plus que les exigences concernant l'exactitude soient satisfaites au départ. Elles doivent l'être pendant toute la durée de vie du bâtiment. Les conditions de l’air intérieur sont considérées comme peu contraignantes pour les capteurs. En revanche, les capteurs utilisés dans l’automatisation des bâtiments sont rarement étalonnés ou entretenus une fois le système mis en service. Il arrive souvent que les capteurs soient mal câblés ou défectueux. Par conséquent, il est recommandé de réaliser au moins une mesure comparative à la mise en service du système. Vérifiez les capteurs installés après quelques années en les comparant à un instrument portable fiable.

Certaines mesures exigent une attention particulière. Je vais maintenant examiner plus en détail les capteurs d’humidité extérieure et de CO₂.

Mesure de l’humidité extérieure

Les économiseurs peuvent économiser de l’énergie dans certains climats en utilisant le refroidissement naturel par l’air extérieur. Dans les climats humides, le facteur le plus important est la quantité d’humidité dans l’air extérieur, et non la température. À 30 °C, l’enthalpie passe de 30 kJ/kg à 96 kJ/kg lorsque l’humidité relative varie de 0 à 95 % HR. Selon la norme ASHRAE 90.1, il est recommandé d’utiliser un contrôle différentiel de l’enthalpie ou un contrôle à enthalpie fixe dans les économiseurs pour les climats chauds et humides. L’exactitude HR des capteurs de contrôle doit être inférieure à ±5 % HR. Alors que la plupart des capteurs sont spécifiés à ±5 % HR ou mieux, cette spécification n'est valable qu'au départ. Le ±5 % d’humidité relative (HR) doit être maintenu pendant toute la durée de vie du système.

Les mesures de l’humidité extérieure sont plus exigeantes. Les capteurs sont exposés à une humidité élevée, à des vents forts, au réchauffement solaire et à la pollution. Il est judicieux d’utiliser un seul capteur d’humidité extérieur de haute qualité et correctement entretenu plutôt que plusieurs capteurs de mauvaise qualité.

La maintenance comprend, en plus des contrôles périodiques de la mesure, un nettoyage régulier de la protection contre le rayonnement solaire. Si cette maintenance n’est pas effectuée, les températures mesurées peuvent être de plusieurs °C supérieures et les valeurs d’humidité relative peuvent être de plus de 10 % HR inférieures par rapport aux valeurs réelles.

Il est crucial d’utiliser un capteur conçu pour un usage extérieur. Certains capteurs qui semblent performants sur la fiche technique peuvent avoir des dérives si élevées dans les conditions extérieures qu’ils deviennent inutilisables après quelques mois. La figure 1 montre les résultats des tests de 3 capteurs Vaisala HUMICAP® utilisés en extérieur pendant plus de 12 ans sur le site d’essai extérieur de Vaisala à Vantaa, en Finlande. Malgré ces résultats impressionnants, nous recommandons tout de même de contrôler régulièrement les capteurs à l’aide d’un instrument portable fiable, au moins tous les deux ans, en raison de la grande variabilité des conditions extérieures.

Capteurs de CO₂

Les capteurs de CO₂ jouent un rôle central dans la réduction de la consommation d’énergie avec la VCD. Comme la mesure contrôle directement la quantité d’air frais utilisée, les exigences posées à l’exactitude des mesures sont de plus en plus strictes. La réglementation californienne CEC-400-2008-001-CMF exige une exactitude de ±75 ppm à 600 ppm et 1 000 ppm, avec une stabilité de 5 ans. La norme ASHRAE 90.1 pour les bâtiments verts exige une exactitude de ±50 ppm à 1000 ppm. Ce niveau d’exactitude ne peut pas être atteint avec des instruments simples qui utilisent des algorithmes de compensation basés sur une concentration de fond de 400 ppm. La concentration de CO₂ de contrôle à 1000 ppm est trop éloignée de la concentration de CO₂ de fond supposée de 400 ppm, d'autant qu'une dérive de sensibilité tend à s’accumuler avec le temps. Surtout, l’exigence de ±50 ppm ne peut être atteinte qu’avec des instruments à double faisceau ou à faisceau unique à double longueur d’onde (comme le Vaisala CARBOCAP®) qui sont régulièrement étalonnés à l’aide de gaz d’étalonnage. Un intervalle d’étalonnage de 2 ans est probablement suffisant selon le type d’instrument.

Il est crucial d’utiliser un capteur conçu pour un usage extérieur. Certains capteurs qui semblent performants sur la fiche technique peuvent avoir des dérives si élevées dans les conditions extérieures qu’ils deviennent inutilisables après quelques mois. La figure 1 montre les résultats des tests de 3 capteurs Vaisala HUMICAP® utilisés en extérieur pendant plus de 12 ans sur le site d’essai extérieur de Vaisala à Vantaa, en Finlande. Malgré ces résultats impressionnants, nous recommandons tout de même de contrôler régulièrement les capteurs à l’aide d’un instrument portable fiable, au moins tous les deux ans, en raison de la grande variabilité des conditions extérieures.

Pour des exigences moins élevées, un programme d'entretien ou de remplacement de cinq ans peut suffire. La figure 2 l'illustre en présentant la stabilité de 23 modules de mesure Vaisala CARBOCAP® GM10 testés.

Lorsque des capteurs de CO_₂ sont utilisés à l’extérieur afin de contrôler une différence de 600 ppm entre les concentrations de CO_₂ à l’intérieur et à l’extérieur, ce capteur devient l’un des capteurs les plus importants du bâtiment. La dérive de ce capteur affectera toutes les zones indépendantes du bâtiment.

En conclusion :

De nombreux instruments CVC sont utilisés pour économiser de l’énergie. Pour réaliser les économies d’énergie projetées, les mesures doivent fonctionner correctement tout au long de leur durée de vie. Tout ce qui vaut la peine d'être mesuré mérite d'être mesuré correctement !

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